Dove le cose diventano appiccicose è dove accade la scienza interessante in un laboratorio della Rice University che lavora per migliorare la tecnologia delle batterie.

Utilizzando tecniche simili a quelle impiegate per sviluppare il grafene indotto dal laser, Il chimico del riso James Tour e i suoi colleghi hanno trasformato il nastro adesivo in una pellicola di ossido di silicio che sostituisce i fastidiosi anodi nelle batterie al litio metallico.

Per il Materiale avanzato studio, i ricercatori hanno utilizzato una taglierina laser a infrarossi per convertire l'adesivo a base di silicone del nastro commerciale nel rivestimento poroso di ossido di silicio, mescolato con una piccola quantità di grafene indotto dal laser dal supporto in poliimmide del nastro. Lo strato protettivo di ossido di silicio si forma direttamente sul collettore di corrente della batteria.

L'idea di utilizzare il nastro è nata da precedenti tentativi di produrre film indipendenti di grafene indotto dal laser, Tour ha detto. A differenza dei film di poliimmide pura, il nastro ha prodotto non solo grafene indotto dal laser dal supporto in poliimmide, ma anche una pellicola traslucida dove era stato l'adesivo. Ciò ha catturato la curiosità dei ricercatori e ha portato a ulteriori sperimentazioni.

Lo strato si è formato quando hanno attaccato il nastro a un collettore di corrente in rame e lo hanno fatto passare più volte per aumentare rapidamente la sua temperatura a 2, 300 Kelvin (3, 680 gradi Fahrenheit). Ciò ha generato un rivestimento poroso composto principalmente da silicio e ossigeno, combinato con una piccola quantità di carbonio sotto forma di grafene.

Negli esperimenti, il film schiumoso sembrava assorbire e rilasciare il metallo di litio senza consentire la formazione di dendriti - sporgenze appuntite - che possono cortocircuitare una batteria e potenzialmente causare incendi. I ricercatori hanno notato che il litio metallico tende a degradarsi rapidamente durante i cicli di carica e scarica della batteria con il collettore di corrente nudo, ma non sono stati osservati tali problemi negli anodi rivestiti con ossido di silicio indotto da laser (LI-SiO).

"Nelle tradizionali batterie agli ioni di litio, gli ioni di litio sono intercalati in una struttura di grafite al momento della carica e si deiintercalano quando la batteria si scarica, ", ha affermato l'autore principale Weiyin Chen, uno studente laureato di riso. "Sei atomi di carbonio vengono utilizzati per immagazzinare un atomo di litio quando viene utilizzata la piena capacità della grafite.

"Ma in un anodo di litio metallico, non viene utilizzata grafite, " ha detto. "Gli ioni di litio si spostano direttamente dalla superficie dell'anodo metallico mentre la batteria si scarica. Gli anodi in metallo di litio sono considerati una tecnologia chiave per lo sviluppo futuro delle batterie una volta risolti i problemi di sicurezza e prestazioni".

Gli anodi in metallo di litio possono avere una capacità 10 volte superiore rispetto alle tradizionali batterie agli ioni di litio e grafite. Ma le batterie al litio metallico prive di grafite di solito usano un eccesso di litio metallico per compensare le perdite causate dall'ossidazione della superficie dell'anodo, Tour ha detto.

"Quando non c'è un eccesso di litio metallico negli anodi, generalmente subiscono un rapido degrado, producendo cellule con ciclo di vita molto limitato, " ha detto il co-autore Rodrigo Salvatierra, un visitatore accademico nel Tour lab. "Il lato positivo, queste celle "senza anodi" diventano più leggere e offrono prestazioni migliori, ma con il costo di una vita breve».

I ricercatori hanno notato che LI-SiO ha triplicato la durata della batteria rispetto ad altre batterie al litio metallico con zero in eccesso. Le batterie rivestite con LI-SiO hanno fornito 60 cicli di carica-scarica mantenendo il 70% della loro capacità.

Tour ha affermato che potrebbe rendere le batterie al litio-metallo adatte come batterie ad alte prestazioni per spedizioni all'aperto o stoccaggio ad alta capacità per interruzioni a breve termine nelle aree rurali.

L'utilizzo di laser industriali standard dovrebbe consentire all'industria di espandersi per la produzione su vasta area. Tour ha detto che il metodo è veloce, non richiede solventi e può essere fatto in atmosfera e temperatura ambiente. Ha detto che la tecnica può anche produrre film per supportare nanoparticelle metalliche, rivestimenti protettivi e filtri.